《PRL》：高压下首次合成高能量密度材料WN6！

近日北京高压科学研究中心的刘锦研究员课题组与南京大学孙建教授，美国德克萨斯大学奥斯汀分校林俊孚教授合作的国际研究团队在高温高压下首次合成了过渡金属六元氮化物，WN6。他们发现WN6中的氮是以共价单键形式连接，形成了扶手椅状的氮六元环，是一种潜在的高能量密度材料。相关结果以“Tungsten Hexanitride with Single-bonded Armchairlike Hexazine Structure at High Pressure”为题于2月8日发表于《PHYSICAL REVIEW LETTERS》。

论文链接：

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.126.065702

我们知道组成氮气分子的氮原子是以非常稳定的共价三键结合而成，在常压条件下，氮气非常稳定。然而在高压下，稳定的三键氮分子可以转化为二键氮，甚至单键氮。当共价氮-氮单键转变成三键时会释放巨大的能量，因此含有共价氮-氮单键的物质被认为是一种高能量密度材料。

理论计算预测表明过渡金属六元氮化物中含有科学家一直寻找的平面型单键六元环氮，是一种潜在的高能量密度材料，且具有高熔点，高化学惰性，高压缩性，高硬度等优越的物理性能。然而这种被理论所预测的六元氮化物一直未能在实验上所证实。

“高温高压环境往往有助于物质越过能量势垒，因此我们想尝试使用高温高压的方法来合成理论所预测的六元环氮，”该工作的第一作者，Nilesh Salke博士说到。该团队在百万大气压下，对过渡金属钨的六元化合物的实验合成进行了深入探索，并在126-165万大气压，约3200摄氏度的条件下成功合成了金属钨的六元氮化物，WN6。他们利用先进的同步辐射X射线衍射以及拉曼光谱原位测量，确认了WN6的晶体结构，并证实其中的六个氮原子呈现扶手椅状的单键六元环，金属钨原子夹在两组氮六元环之间，形成三明治结构。

“WN6是首次实验证实的六元氮化物，是一种很有潜力的高能量密度材料。另外我们进一步的理论计算表明WN6具有非常高的硬度和断裂韧性。高强度的共价氮-氮单键，以及氮六元环之间的排斥作用是这些优异的物理性能的关键，”刘锦研究员解释到。

“我们的研究表明高温高压的极端环境确实是合成新材料的有效途径，尤其是与理论计算相结合，可以实现很多新奇化合物的合成。因此，有望帮助我们寻找更多的高能量密度过渡金属氮化物，”刘锦研究员补充到。该工作得到了国家自然科学基金等项目的支持。

*感谢论文作者团队对本文的大力支持。